应力作用下的局部腐蚀

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1、5.5应力作用下的局部腐蚀5.5.1应力腐蚀断裂5.5.2金属的氢脆和氢损伤5.5.3腐蚀疲劳15.5.1应力腐蚀断裂StressCorrosionCracking应力与化学介质协同作用下引起的金属开裂（或断裂）的现象，叫做金属应力腐蚀开裂。应力腐蚀断裂，简称SCC，是指金属材料在固定拉应力和某种特定腐蚀介质中发生的脆性断裂。所谓固定拉应力是指方向一定，大小可变的拉伸应力。应力腐蚀断裂危害极大，人们称为“灾难性腐蚀”。2不同情况引起的应力腐蚀断裂1、由于弯曲残余应力引起的该裂纹多为纵向形式32、从点蚀底部产生的应力腐蚀裂纹43、由腐蚀产物体积膨胀应力引起的应力腐蚀裂纹564、外在

2、应力的存在导致应力开裂71、产生应力腐蚀断裂必须同时具备三个基本条件，即敏感的金属材料，足够大的拉伸应力和特定的腐蚀介质。应力腐蚀断裂的特征2、发生应力腐蚀断裂的主要是合金，几乎所有金属的合金在特定的环境中都有一定的应力腐蚀敏感性。例如，纯度达9999%的铜在含氨介质中不会腐蚀断裂，但含有004%磷或001%锑时，则发生开裂。材料因素力学因素环境因素SCC83、特定的金属和合金只有在特定的腐蚀环境中才产生SCC。如表7-1所示这种特定的腐蚀介质在含量较少时也会造成应力腐蚀。9104、一般情况下，只有拉应力（张应力）才能引起应力腐蚀断裂。拉应力愈大，断裂时间愈短。断裂所需应力

3、，一般都低于材料的屈服强度。压应力不发生应力腐蚀，应力腐蚀裂纹走向宏观上与拉应力方向垂直。5、应力腐蚀断裂是一种典型的滞后破坏，这种滞后破坏过程可分三个阶段：第一阶段为裂纹孕育期，这个阶段占断裂总时间的90%；第二阶段为裂纹扩展期；第三阶段为快速断裂期。整个断裂时间与材料、应力和环境有关，短的几分钟，长的达几年。腐蚀速率介于均匀腐蚀速率和单纯断裂速度之间。6、应力腐蚀裂纹形态有三种：晶间型、穿晶型和混合型。晶间型是指裂纹沿晶界扩展，如软钢、铝合金、铜合金、镍合金等。11316L不锈钢应力腐蚀断口氢致解理断口穿晶脆性断裂组织图沿晶脆性断裂组织图127、应力腐蚀断裂裂纹一般为树枝状结

4、构，裂纹走向垂直于应力方向。13目前关于应力腐蚀断裂机理已达十几种，帕金斯于1964年提出“应力腐蚀谱”的观点，把各种SCC类型及其机理排列起来构成一个连续的谱，如下表所示。应力腐蚀断裂的机理14根据应力腐蚀断裂的现代观念比较集中的有三种理论，即阳极溶解机理（阳极溶解起控制作用）、氢脆机理（阴极过程放出氢原子进入基体，导致材料脆断）、阳极溶解和氢脆共同作用的机理。1、阳极溶解机理：应力腐蚀断裂主要是指金属材料在静拉应力与腐蚀介质共同作用下，由于裂纹尖端区阳极溶解过程控制引起脆断（APC-SCC）。属于这类机理的有低碳钢、铝合金和铜合金的SCC。15溶液中的铜氨络离子Cu(NH3)

5、n2+的存在是黄铜氨脆所必需条件，它是由于溶解在溶液中的氨气、氧气与铜反应生成的。Cu+nNH3+1/2O2+H2OCu(NH3)n2++2OH-黄铜在成膜溶液中（含Cu2+和NH4+离子溶液，pH=64~73中生成一层Cu2O膜）主要是晶间断裂。在成膜溶液中的沿晶界断裂机理：在铜合金表面存在Cu2O膜，韧性差；在应力作用下发生脆性破裂。在不成膜溶液中（pH=78~112时，铜合金处于活性溶解），在应力的作用引起露头的位错优先溶解，因而裂纹沿着位错密度最高的途径扩展。（1）黄铜的SCC机理1617（2）滑移-溶解-断裂机理——奥氏体不锈钢该理论至少包括四个过程：表面膜

6、的形成、应力作用下金属产生滑移引起表面膜的破裂、裸露金属的阳极溶解、裸露金属再钝化。在应力作用下，位错沿着滑移面运动，在表面产生滑移台阶，表面膜产生局部破裂，露出活泼的“新鲜”金属。有膜和无膜金属及缺陷处形成钝化-活化微电池。伴随阳极溶解产生阳极极化，使阳极周围钝化，在蚀坑即裂纹尖端周边重新生成钝化膜，随后在拉应力继续作用下，蚀坑底部即裂纹尖端处造成应力集中，而使钝化膜再次破裂，造成新的活性阳极区，如此反复，造成纵深穿晶的裂纹。18192、氢脆机理认为：金属材料在拉应力和腐蚀介质共同作用下，由于阴极还原反应产生的氢原子扩散到裂纹尖端的金属内部引起并控制脆断。这种应力腐蚀称为氢脆型

7、SCC（HE-SCC）。也称氢的滞后开裂。20应力来源：（1）工作应力：设备和部件在工作条件下所承受的外加载荷；（2）残余应力：金属材料在生产过程和加工过程中，在材料内部产生的应力。如冷轧、冷拔、冷弯、冷作、机械加工、焊接、热处理过程中产生的残余应力；（3）热应力：由于温度变化而引起的残余应力；（4）结构应力：由于设备、部件的安装与装配而引起的应力。外加应力愈大，材料断裂时间愈短。如图所示。影响应力腐蚀断裂的因素1、应力2122应力作用：（1）破坏钝化膜23应力作用：（2）加速C